CN200959542Y - 一种车用发电机的转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于车用发电机的转子，包括：转轴、转子铁芯和磁极，其特征在于，所述磁极为钕铁硼稀土材料制作的偶数个条状永磁单体；所述转子铁芯为圆形，中间开有通孔，转轴紧固在通孔内；所述条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉7紧固在转子铁芯上形成环状，相邻的两个永磁单体上表面磁极相反。本实用新型与常规励磁电机转子相比，省去了滑环、碳刷与励磁绕组，减少了机械摩擦造成的热损耗；与相同的定子绕组以相同转速相对运动时，可获得更大的感应电能量；同时，由于采用了钕铁硼稀土永磁材料代替了励磁绕组，其制作工艺简化了，减小了转子的体积。

Description

一种车用发电机的转子

技术领域

本实用新型属于电机技术领域，具体地说，本实用新型涉及一种用于车用发电机的转子。

背景技术

发电机的工作原理是基于法拉第电磁感应实验现象，其最基本的内容为：在一个具有N极和S极的基础磁场***中，导线(线圈)沿磁力线截面方向运动会产生感生电流，感生电动势的大小视导线(线圈)在单位时间内所扫过面积内的磁通量变化率而定。

车用发电机主要用于汽车、拖拉机、工程机械等机动车辆以及固定动力，作为充电供电之电源。从六十年代开始，世界上的汽车普遍使用励磁发电机。但随着现代汽车的高标准要求，汽车用电每年以2-3安培的速度增长，传统的励磁发电机越来越不能满足汽车用电“高输出”和“小型化、轻量化”的技术要求，市场急需新一代的永磁发电机早日面世。

现有技术中，常规的车用励磁式发电机构造主要包括转子、定子、整流器、前端盖和后端盖等。

现有技术的转子包括磁极、励磁绕组、滑环和轴。转子磁极上装有励磁绕组，由外部电源(如汽车上的蓄电池)通过碳刷→滑环→励磁绕组提供直流电流并在磁极上产生电磁场(即励磁磁场)。

图2所示为2p＝4，z＝36的常规励磁发电机侧视简图(其中p为发电机的极对数，即有P对磁极，z为定子的齿数)。在图1中，定子2安装固定在机座后端盖1内，每个定子铁芯齿2II在相邻的两个绕线槽2I间形成；由漆包线构成的励磁绕组3I缠绕在由普通磁性材料制成的转子3的各磁极3II上，由外部直流电源经滑环给励磁绕组3I提供电源，使转子3产生磁场，相邻的两个磁极3II磁性相反(即N极与S极)；转子3的转轴6刻旋转地支撑在机座后端盖1内，与定子2同心，定子2的齿2II面对转子3的磁极3II。当转轴6旋转形成位移时，定子铁芯2的齿2II与转子3的永磁单体之间的位置也相应改变。

励磁式的交流电机的整流器是调节转子的励磁磁通来实现的，因此励磁式的交流电机的转子上必须装上滑环，通过碳刷的滑动接触作为过渡，才能实现转子电路与外电源接通。这样一来由于碳刷在运转中会逐渐磨损，弹簧压力的变化或装置不良会影响接触的可靠性，增加了维护和维修的工作量。另外，励磁式的交流电机转子励磁需要从外部供电，因此在没有外部电源的情况下，电机无法发电，同时励磁绕组本身不可避免的要损耗能量，从而降低了电机的效率，如在汽车上使用时，需要蓄电池提供的电流来驱动励磁绕组产生磁场，如此就占用了蓄电池的部分能量，并且将减短了蓄电池的寿命。在高温和强震动的环境下，励磁绕组容易出现退磁想象。由于绕组绝缘受潮、受热、老化以及机械应力和电磁力的反复冲击，常常引起绕组的损坏。在电机故障中，励磁绕组故障占60％以上。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种不需要励磁绕组和滑环的采用稀土永磁材料制作的转子。

为实现上述发明目的，本实用新型提供的用于车用发电机的转子包括：转轴、转子铁芯和磁极，其特征在于，所述磁极为钕铁硼稀土材料制作的多个条状永磁单体；所述转子铁芯为圆形，中间开有通孔，转轴紧固在通孔内；2P个所述条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉7紧固在转子铁芯上形成环状，相邻的两个永磁单体上表面磁极相反，其中，P为偶数。

上述技术方案中，所述永磁单体的截面可以选用瓦片形、梯形、扇形、矩形、半圆形或其它任意形状。

上述技术方案中，所述永磁材料单体与铁芯固连一面的宽度为：5～80mm。

上述技术方案中，所述永磁材料单体与铁芯固连一面的间距τ为：转子铁芯周长除以永磁单体数，(即 $\mathrm{\τ}=\frac{2\mathrm{\πR}}{2P}$ )

上述技术方案中，所述条状永磁单体宽度S一般选用的经验参考为：5～80mm，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度为1～8mm，当5kw＜W≤50kw时，厚度为：6～15mm。

上述技术方案中，所述条状永磁单体长度L与转子铁芯的厚度相同，转子厚度与发电机设计功率相关，一般选用的经验参考为：当W≤2kw时，L为20～30mm，当2kw≤W≤4kw时，L为30～45mm，当4kw≤W≤6kw时，L为45～60mm，当6kw≤W≤30kw时，L为60～150mm。

本实用新型提供的采用稀土永磁材料的转子与常规励磁电机转子相比，可以省去滑环、碳刷与励磁绕组，减少了机械摩擦造成的热损耗；钕铁硼永磁单体的表面磁通较常规发电机励磁绕组产生的磁场高50％达到5500高斯以上，因此与相同的定子绕组以相同转速相对运动时，可获得更大的感应电能量，同时，由于采用了钕铁硼稀土永磁材料代替了励磁绕组，其制作工艺简化了，而且省略了励磁绕组占用的体积，使得本实用新型的体积较常规发电机转子小20％。

附图说明

图1为常规励磁发电机侧视简图

图2a为本实用新型一个实施例的转子结构主视剖面示意图

图2b为本实用新型一个实施例的转子结构侧视示意图

图3a为本实用新型另一个实施例的转子结构主视剖面示意图

图3b为本实用新型另一个实施例的转子结构侧视示意图

图4a为本实用新型又一个实施例的转子结构主视剖面示意图

图4b为本实用新型又一个实施例的转子结构侧视示意图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地描述。

实施例1：

本实施例中，设计功率为1000w的发电机转子，由12个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体5、45#钢制作的转轴6以及铝合金材料制作的转子铁芯4构成。所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装，即将转子铁芯放入高温油内加热，使其中间通孔膨胀，直径增大，再将转轴塞入通孔内，然后取出在空气中自然冷却。12个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉7紧固在转子铁芯上形成环状，转子铁芯的半径为40mm，永磁单体的间距τ为： $\mathrm{\τ}=\frac{2\mathrm{R\π}}{12}=\frac{2\×40\×\mathrm{\π}}{12}=20.93\mathrm{mm},$ 相邻的两个永磁体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对(如图2a、图2b所示)。

钕铁硼稀土永磁材料是一种高性能永磁材料。在室温下剩余磁感应强度可高达1.3T，磁感应矫顽力可达到980kA/m，最大磁能积高达390kJ/m³。

如图2b所示，本实施例中，钕铁硼稀土条状永磁单体的截面8(即与转轴轴线垂直的剖截面)为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S一般选用的经验参考为：5～80mm，本实施例选用16mm，与所设计发电机转子的周长的比值约为1∶16的比例，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度H为1～8mm，本实施例H选用4mm的厚度，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用23mm。

实施例2

本实施例中，设计功率为3000w的发电机转子，由16个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体5、45#钢制作的转轴6以及铝合金材料制作的转子铁芯4构成。所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装，即将转子铁芯放入高温油内加热，使其中间通孔膨胀，直径增大，再将转轴塞入通孔内，然后取出在空气中自然冷却。16个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉7紧固在转子铁芯上形成环状，转子铁芯的半径为47.5mm，永磁单体的间距τ为： $\mathrm{\τ}=\frac{2\mathrm{R\π}}{16}=\frac{2\×47.5\×\mathrm{\π}}{16}=18.64\mathrm{mm},$ 相邻的两个永磁体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对(如图3a、图3b所示)。

所述钕铁硼稀土永磁材料与实施例1相同；

所述钕铁硼稀土条状永磁单体的截面为梯形，与铁芯固连一面的宽度S一般选用的经验参考为：5～80mm，本实施例选用13mm，与所设计发电机转子的直径的比值约为1∶7.3的比例，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度H为1～8mm，本实施例H选用6mm的厚度，永磁单体两侧边夹角为：28°，与铁芯固连一面平行的上表面宽度则为10mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用41mm。

实施例3：

本实施例中，设计功率为5000w的发电机转子，由16个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体5、45#钢制作的转轴6以及铝合金材料制作的转子铁芯4构成。所述的转子铁芯与转轴用油热紧固法安装，即将转子铁芯放入高温油内加热，使其中间通孔膨胀，直径增大，再将转轴塞入通孔内，然后取出在空气中自然冷却。16个条状永磁单体均匀排列在转子铁芯的外圆周上，并用沉头螺钉7紧固在转子铁芯上形成环状，转子铁芯的半径为52.5mm，永磁单体的间距τ为： $\mathrm{\τ}=\frac{2\mathrm{R\π}}{16}=\frac{2\×52.5\×\mathrm{\π}}{16}=20.606\mathrm{mm},$ 相邻的两个永磁体上表面磁极相反，N、S极与定子铁芯的槽和齿相对(如图4a、图4b所示)。

所述钕铁硼稀土永磁材料与实施例1相同；

所述钕铁硼稀土条状永磁单体的截面为梯形，且相邻的两个永磁单体相反放置，(即A永磁单体的宽面与转子铁芯固连，B永磁单体的窄面与转子铁芯固连)与铁芯固连一面的宽度S一般选用的经验参考为：5～80mm，本实施例选用的截面为梯形永磁单体的宽边为20mm，窄边为16mm，与所设计发电机转子的直径的比值宽边与窄边分别约为1∶5和1∶6.6的比例，厚度H则与涉及电机的额定功率W相关，一般选用经验参考为：当W≤5kw时，厚度H为1～8mm，本实施例H选用8mm的厚度，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用52mm。

实施例4：

本实施例中，发电机转子由18个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体5、45#钢制作的转轴6以及铝合金材料制作的转子铁芯4构成。条状永磁单体的截面8为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S为5mm，厚度H为1mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用20mm，其余均与实施例1相同。本实施例中，条状永磁单体、转轴、转子铁芯的结构及连接关系其余均与实施例1相同。该转子用于功率W为550W的发电机。

实施例5：

本实施例中，发电机转子由8个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体5、45#钢制作的转轴6以及铝合金材料制作的转子铁芯4构成。条状永磁单体的截面8为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S为80mm，与所设计发电机转子的周长的比值约为1∶11的比例；厚度H为15mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用150mm。本实施例中，条状永磁单体、转轴、转子铁芯的结构及连接关系其余均与实施例1相同。该转子用于功率W为30KW的发电机。

实施例6：

本实施例中，发电机转子由8个钕铁硼稀土永磁材料制作的条状永磁单体5、45#钢制作的转轴6以及铝合金材料制作的转子铁芯4构成。条状永磁单体的截面8为瓦片形，与铁芯固连一面的宽度S为80mm，与所设计发电机转子的周长的比值约为1∶11的比例；厚度H为6mm，长度与转子铁芯的厚度相同，本实施例选用120mm。本实施例中，条状永磁单体、转轴、转子铁芯的结构及连接关系其余均与实施例1相同。该转子用于功率W为15kw的发电机。

另外，本实用新型中的条状永磁单体的截面还可以采用扇形、矩形、半圆形等形状。

Claims (6)

1、一种车用发电机的转子，包括：转轴(6)、转子铁芯(4)和磁极，其特征在于，所述磁极为钕铁硼稀土材料制作的偶数个条状永磁单体(5)；所述转子铁芯(4)为圆形，中间开有通孔，转轴紧固在通孔内；所述条状永磁单体(5)均匀排列并紧固在转子铁芯(4)的外圆周上，形成环状，相邻的两个永磁单体(5)的上表面磁极相反。

2、按权利要求1所述的车用发电机的转子，其特征在于，所述条状永磁单体(5)的截面为瓦片形、梯形、扇形、矩形或半圆形。

3、按权利要求1所述的车用发电机的转子，其特征在于，所述条状永磁单体(5)与铁芯固连一面的宽度为：5～80mm。

4、按权利要求1所述的车用发电机的转子，其特征在于，所述条状永磁单体(5)的厚度与涉及电机的额定功率W相关：当W≤5kw时，厚度为1～8mm，当5kw＜W≤50kw时，厚度为：6～15mm。

5、按权利要求3所述的车用发电机的转子，其特征在于，所述条状永磁单体(5)与铁芯固连一面的宽度与发电机转子的周长的比值在1∶5至1∶16的范围内。

6、按权利要求1所述的车用发电机的转子，其特征在于，所述条状永磁单体(5)的长度为：20～150mm。

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